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Función contráctil del corazón intacto

mayo 18th, 2009 Posted in Varios

Hay tres determinantes básicos del rendimiento mecánico del miocardio, a saber, el mecanismo de Frank-Starling, el estado contráctil y la frecuencia cardíaca. Aquí describiremos el ciclo cardíaco y luego los determinantes de la función del ventrículo izquierdo.

Ciclo cardíaco

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El ciclo cardíaco aporta información esencial sobre la secuenciatemporal de los acontecimientos. Los tres acontecimientos básicos son 1) la contracción del ventrículo izquierdo, 2) la relajación del ventrículo izquierdo y 3) el llenado del ventrículo izqierdo. Aunque en las cavidades derechas del corazón ocurren acontecimientos mecánicos similares, los que interesan son los del lado izquierdo.


CONTRACCIÓN VENTRICULAR IZQUIERDA

La presión ventricular izquierda comienza a aumentar con la llegada de iones calcio a las proteínas contráctiles y el comienzo de la interacción entre la actina y la miosina. El avance de la onda de despolarización se marca, en el ECG, por el pico de la onda R. Poco después, en la fase de contracción inicial, se acumula la presión dentro del ventrículo izquierdo que excede la de la aurícula izquierda (de 10 a 15 mm HG en condiciones normales); aproximadamente 20 milisegundos más tarde aparece M1, el componente mitral del primer tono cardíaco. La relación exacta entre M1 y el cierre de la válvula mitral aún no se ha aclarado. Aunque de ordinario se cree que el cierre de la válvula mitral coincide con el cruce donde la presión ventricular izquierda empieza a sobrepasar la presión auricular izquierda, en realidad, la válvula mitral se cierra tardíamente puesto que la válvula permanece abierta por la inercia del flujo sanguíneo. Poco después, los cambios de presión del ventrículo derecho, de patrón similar a los del ventrículo izquierdo pero de menor magnitud, causan el cierre de la válvula tricúspide y aparece T1, que es el segundo componente del primer tono cardíaco. Durante esta fase de contracción, entre la apertura de la válvula mitral y la de la válvula aórtica, el volumen ventricular izquierdo permanece fijo (contracción isovolumétrica) porque tanto la válvula aórtica como la mitral se encuentran cerradas. Conforme un mayor número de fibras musculares pasan al estado de contracción, la presión en el ventrículo izquierdo va aumentando. La interacción entre la actina y la miosina se incrementa y el ciclo de los puentes transversales se refuerza. Cuando la presión del ventrículo izquierdo excede la de la aorta, se abre la válvula aórtica, episodio casi siempre silencioso desde el punto de vista clínico. La apertura de la válvula aórtica se sigue de una fase de expulsión rápida. La velocidad de expulsión depende no sólo del gradiente de presión a través de la válvula aórtica, sino también de las propiedades elásticas de la aorta y del árbol arterial que sufren la expansión sistólica. La presión ventricular izquierda asciende hasta el máximo y luego empieza a disminuir.

RELAJACIÓN VENTRICULAR IZQUIERDA

A medida que la concentración citosólica de iones calcio empieza a descender por la captación de caalcioo en el retículo sarcoplásmico bajo la influencia del fosfolamban activado, un número creciente de fibras musculares pasa a un estado de relajación y desciende la velocidad de expulsión de la sangre desde el ventrículo izquierdo hacia la aorta (fase de eyección reducida). Durante esta fase disminuye enseguida el flujo sanguíneo del ventrículo izquierdo a la aorta, aunque se mantiene por el retroceso aórtico (efecto Windkessel o del “depósito de aire”). La presión intraaórtica excede la presion decreciente del ventrículo izquierdo. La válvula aórtica se cierra, generando el primer componente del segundo tono, A2 (el segundo componente, P2, obedece al cierre de la válvula pulmonar en el momento en que la presión de la arteria pulmonar excede la presió del ventrículo derecho). Luego, el ventrículo continúa relajándose. Como la válvula mitral está cerrada durante esta fase, no puede variar el volumen ventricular izquierdo (relajación isovolumétrica). Cuando la presión del ventrículo izquierdo cae por debajoo de la aurícuula izquierda, la válvula mitral se abre (suceso normalmente silencioso) y se vuelve a iniciar la fase de llenado del ciclo cardíaco.

FASES DE LLENADO DEL VENTRÍCULO IZQUIERDO

A medida que la presión ventricular izquierda disminuye por debajo de la de la aurícula ipsolateral, justo después de que se abra la válvula mitral, tiene lugar la fase de llenado rápido o precoz que explica la mayor parte del llenado ventricular. La relajación diastólica activa del ventrículo puede contribuir, asimismo , al llenado precoz. Este llenado rápido podría motivar el tercer tono cardíaco o fisiológico (S3), sobre todo en los estados circulatorios hipercinéticos. Conforme se igualan las presiones en la aurícula y el ventrículo, el llenado del ventrículo izquierdo se detiene virtualmente (diástasis, separación). Para que se llene de nuevo es necesario que aumente el gradiente de presión entre la aurícula y el ventrículo, lo que se logra con la sístole auricular (o impulso de la aurícula izquierda) que cobra especial importancia cuando se exige un gasto cardíaco alto, por ejemplo durante el ejercicio, o cuando el ventrículo izquierdo no se relaja normalmente, por ejemplo en la hipertrofia de esta cavidad.

Definiciones de sístole y diástole

El término griego sístole significa contracción y el término diástole, “dilatación”. El comienzo de la sístole se puede considerar como 1) el inicio de la contracción isovolumétrica en el momento en que la presión del ventrículo izquierdo excede la presión auricular o 2) el cierre de la válvula mitral (M1). Estos dos momentos se corresponden bastante porque el cierre de la válvula mitral ocurre, de hecho, sólo 20 milisegundos después de que se crucen las presiones. Así pues, en la práctica, el término contracción isovolumétrica suele incluir, además, este breve período de contracción protosistólica, incluso antes de que se cierre la válvula mitral, en una fase en la que el volumen cardíaco apenas se modifica. La sístole fisiológica se extiende desde el comienzo de la contracción isovolumétrica (cuando la presión del ventrículo izquierdo hace intersección con la presión auricular) hasta el culmen de la fase eyectiva, de forma que la diástole fisiológica empieza en cuanto comienza a descender la presión ventricular izquierda. func-corazon Este concepto encaja bien con la curva presión-volumen tradicional. La diástole fisiológica comienza cuando el retículo sarcoplásmico capta los iones calcio, de forma que la relajación del miocito domina sobre la contracción y la presión del ventrículo izquierdo empieza a descender, tal como se observa en la curva presión-volumen. En cambio, la sístole cardiológica está delimitada por el intervalo entre el primero y el segundo tono cardíaco y se extiende desde el primer tono cardíaco (M1) hasta el cierre de la válvula aórtica (A2). El resto del ciclo cardíaco se convierte automáticamente en la diástole cardiológica. Así pues, la sístole cardiológica, delimitada por los tonos cardíacos más que por acontecimientos fisiológicos, comienza una fracción de tiempo después de la sístole fisiológica y acaba significativamente más tarde. La protodiástole representa, para el cardiólogo, la fase inicial de llenado rápido, el tiempo donde puede auscultarse un tercer tono (S3). Probablemente, este tono refleje las vibraciones de la pared ventricular durante el llenado rápido y se ausculta cuando aumenta la presión diastólica del ventrículo izquierdo, la rigidez de la pared o la velocidad de llenado. En claro contraste se encuentra otro concepto fisiológico, que señala que la diástole empieza mucho más tarde, sólo cuando ha terminado el ciclo completo de contracción y relajación. Según esta tesis minoritaria, la diástole ocuparía una porción muy corta del ciclo cardíaco. Esta definición de diástole, aunque poco utilizada en la práctica cardiológica, recuerda que las anomalías de la contracción del ventrículo izquierdo subyacen, a menudo, a defectos de la relajación.

Contractilidad frente a los estados de carga

PRECARGA Y POSCARGA

Todo cambio del estado contráctil es independiente de las condiciones de carga. La precarga es la carga presenta al final de la diástole, antes de que se inicie la contracción. La precarga refleja la presión venosa de llenado de la aurícula izquierda que, a su vez, llena el ventrículo izquierdo durante la diástole. Cuando auemnta la precarga, el ventrículo izquierdo se distiende en la diástole y asciende el volumen sistólico conforme a la ley de Starling. La frecuencia cardíaca también aumenta con la estimulación de los mecanorreceptores auriculares que incrementan la frecuencia de descarga del nódulo sinusal. En consecuencia, el gasto cardíaco (volumen sistólico por frecuencia cardíaca) se eleva.

Ley de Starling del corazón

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PRESIÓN VENOSA DE LLENADO Y VOLUMEN CARDÍACO

Cuanto mayor es el volumen cardíaco, dentro de los límites fisiológicos, más energía tiene para la contracción y más cambios químicos ocurren con cada contracción. Sin embargo, en esta conclusión no se mide la longitud de la sarcómera. Tan sólo relaciona el volumen ventricular izquierdo con el gasto cardíaco. Esta relación rige para los corazones sanos, distendibles. Una versión moderna de la ley de Starling sostiene que el volumen latido se relaciona con el volumen telediastólico. El volumen ventricular izquierdo se puede medir hoy directamente por ecocardiografía bidimensional. Sin embargo, el valor hallado depende de una serie de supuestos simplificados, como la forma esférica del ventrículo izquierdo, y niega la influencia confusa de la anatomía compleja de esta cavidad. Por eso, en la práctica no suele medirse el volumen del ventrículo izquierdo, sino que se recurre, más bien, a una serie de medidas sucedáneas, como la presión telediastólica del volumen del ventrículo izquierdo o la presión de enclavamiento capilar pulmonar. Con todo, la relación entre el volumen telediastólico y la presión telediastólica del ventrículo izquierdo es curvilínea y depende de la distensibilidad de esta cavidad.
La presión venosa de llenado de los seres humanos se puede medir, bien que de manera indirecta, con la técnica del cateterismo de Swan-Ganz, al igual que el volumen latido. Sin embargo, la presión y el volumen del ventrículo izquierdo no guardan una relación lineal debido a las variaciones en la distensibilidad del miocardio. Por eso, se necesita saltar de la presión al volumen para aplicar el concepto de Starling al tratamiento hemodinámico de las personas en estado crítico, a quienes se implanta un catéter de Swan-Ganz.

FRANK Y LA CONTRACCIÓN ISOVOLUMÉTRICA

Si al aumentar el volumen cardíaco se incrementa la longitud inicial de la fibra muscular, aumentando el volumen latido y, en consecuencia, el gasto cardíaco, entonces la distensión diastólica del ventrículo izquierdo eleva, en realidad, la contractilidad. Cuanto mayor es el volumen inicial del ventrículo izquierdo, mayor resulta la velocidad de ascenso, la rpesión máxima alcanzada y la velocidad de relajación. Hay un efecto inotropo positivo y un mayor efecto lusitropo. Estos hallazgos de Frank y Starling suelen agruparse bajo la ley de Frank-Starling. Entre ambos explican dos d elos mecanismos subyacentes al mayor volumen latido del ejercicio, a saber, el aumento del llenado diastólico (ley de Starling) y el aumento del estado inotropo (hallazgos de Frank).

LA PRECARGA Y LA POSCARGA ESTÁN INTERRELACIONADAS

Las distinciones preferentes entre precarga y poscarga no tienen en cuenta las situaciones donde ambas cambian al mismo tiempo. El incremento en el volumen del ventrículo izquierdo determina una mayor contractilidad que, a su vez, aumenta la presión arterial sistólica y, por tanto, la poscarga. Sin embargo, en general, la precarga se relaciona con el grado de estiramiento de las fibras miocárdicas al final de la diástole, y la poscarga con la tensión parietal generada por estas fibras durante la sístole.

Tensión parietal

La tensión surge al aplicarla sobre una superficie transversal y sus unidades se miden en fuerza por unidad de superficie. De acuerdo con la ley de Laplace:
Tensión parietal = presión x radio/2xespesor de pared.
Esta ecuación resalta dos puntos. En primer lugar, cuanto mayor es el ventrículo izquierdo y su radio, mayor resulta la tensión parietal. En segundo lugar, para un radio determinado (tamaño de VI), cuanto mayor es la presión generada en el ventrículo izquierdo, mayor resulta la tensión parietal. El aumento de la tensión parietal alcanzado por cualquiera de estos dos mecanismos (tamaño del ventrículo izquierdo o presión intraventricular) incrementa el consumo miocárdico de oxígeno porque, conforme las miofibrillas generan más tensión, necesitan consumir ATP con más velocidad.
La ley de Laplace explica los efectos de los cambios del grosor parietal sobre la tensión de la pared en la hipertrofia cardíaca. El mayor grosor de la pared, relacionado con la hipertrofia, compensa el aumento de la presión y la tensión parietal sigue intacta en la fase de hipertorfia compensadora. Este cambio, considerado anteriormente como compensador y beneficioso, ha sido cuestionado seriamente en un modelo murino, donde el procesode hipertrofia se inhibió por vía genética, de tal modo que la tensión parietal aumentara en respuesta a una carga de presión aunque los ratones mostraban una mejor función mecánica del corazón que los animales con el tipo selvático que habían experimentado una hipertrofia compensadora. A pesar de esta contradicción del “ratón robusto”, cuesta imaginar cómo podría un paciente con una estenosis aórtica importante generar la presión intraventricular necesaria para expulsar la sangre a través de la válvula estenosada sin experimentar una hipertrofia ventricular izquierda. Otro concepto clínicamente útil es que el corazón se dilata en la insuficiencia cardíaca congestiva de tal manera que, al aumentar su radio, se eleva la tensión parietal. Además, como la expulsión de la sangre resulta insuficiente, el valor del radio sigue resultando excesivo durante el ciclo contráctil y las tensiones, tanto telediastólica como telesistólica, aumentan por encima de lo normal. La reducción del tamaño cardíaco disminuye la tensión parietal y mejora la función del ventrículo izquierdo.

TENSIÓN PARIETAL, PRECARGA Y POSCARGA

La precarga se puede definir hoy, como la tensión parietal al final de la diástole y, en consecuencia, como la tensión con la longitud máxima en reposo de la sarcómera. Resulta difícil medir in vivo la tensión parietal porque el radio del ventrículo izquierdo rechaza la influencia confusa de la anatomía intrincada de esta cavidad. Las medidas sucedáneas de los índices de precarga comprenden la presión o las dimensiones telediastólicas del ventrículo izquierdo (estas últimas se corresponden con los ejes mayor y menor del corazón en una proyección ecocardiográfica bidimensional). La poscarga, es decir, la carga que incide sobre el miocardio en contracción, también es la tensión parietal generada durante la eyección del ventrículo izquierdo. Una precarga aumentada significa que debe generarse más presión dentro del ventrículo para abrir, primero, la válvula aórtica y expulsar, después, la sangre en la fase de eyección. Estos aumentos se reflejan en una mayor tensión de la pared miocárdica que se puede medir por el valor medio o el telediastólico. La tensión parietal telesistólica refleja los tres componentes fundamentales de la poscarga, a saber, las resistencias periféricas, la distensibilidad arterial y la presión intraventricular máxima. Cuando ocurre una dilatación aórtica, como en la hipertensión arterial grave o entre las personas mayores, la distensibilidad arterial disminuye y aumenta la poscarga. En general, en la práctica clínica basta con tomar la presión arterial sistólica para obtener una medición indirecta de la poscarga (refleja tanto las resistencias periféricas como la presión intraventricular máxima), siempre y cuando no exista una estenosis aórtica importante ni variaciones en la distensibilidad arterial.

RESISTENCIA AÓRTICA

La resistencia (o impedancia) aórtica, también denominada impedancia a la entrada arterial, ofrece otra medición exacta de la poscarga. La impedancia aórtica es la presión aórtica dividida por el flujo aórtico en ese momento, por lo que este índice de la poscarga varía en cada fase del ciclo de contracción. Los factores que reducen el ciclo aórtico, como la presión arterial elevada, la estenosis aórtica o la pérdida de la distensibilidad aórtica, aumentan la impedancia y, en consecuencia, la poscarga. Durante la sístole, cuando se abre la válvula aórtica, el incremento de la poscarga se comunica a los ventrículos por el aumento de la tensión parietal. En la insuficiencia ventricular izquierda aumenta la impedancia aórtica, no sólo por la vasoconstricción periférica, sino también por el descenso de la distensibilidad aórtica. El problema para la medición clínica de la impedancia aórtica es que se precisa una instrumentación cruenta. La ecocardiografía transesofágica da una idea aproximada del flujo aórtico, por ejemplo, en el momento de máximo incremento del mismo, justo después de que se abra la válvula aórtica.

Frecuencia cardíaca y relación fuerza-frecuencia

EFECTO ESCALERA O DE BODWDITCH

La aceleración de la frecuencia cardíaca aumenta progresivamente la fuerza de contracción ventricular, aun en preparaciones aisladas del músculo papilar (fenómeno de la escalera de Bowditch). Otros nombres son fenómeno treppe (significa escalera en alemán) o efecto inotropo positivo de activación o de la relación fuerza-frecuencia. Por el contrario, una frecuencia cardíaca reducida ejerce un efecto negativo de escalera. Cuando la estimulación se torna demasiado rápida, disminuye la fuerza. Se ha propuesto que, durante la estimulación rápida, entran en la célula miocárdica más iones sodio y calcio de los que pueden manejar la bomba de sodio y los mecanismos de evacuación del calcio. Al efecto de la fuerza y la frecuencia se opone la influencia contráctil negativa de la menor duración del llenado ventricular para las frecuencias cardíacas altas. Cuanto mayor es el intervalo de llenado, mejor es el llenado ventricular y más fuerte resulta la contracción posterior. Este fenómeno se puede demostrar entre los pacientes con fibrilación auricular y un intervalo de llenado variable.
La potenciación postextrasistólica y el efecto inotropo de la estimulación pareada se pueden explicar por el mismo modelo, partiendo una vez más de un estado contráctil reforzado tras un intervalo prolongado entre latidos. De cualquier manera, aún no se ha aclarado el mecanismo celular exacto.

RELACIÓN FUERZA-FRECUENCIA Y FRECUENCIA CARDÍACA ÓPTIMA

En condiciones normales, la fuerza contráctil máxima para una longitud muscular fija (contracción isométrica) aumenta y el máximo se alcanza para una frecuencia de 150 a 180 estímulos por minuto. ésta es la contrapartida humana del fenómeno de la escalera. In situ, la frecuencia cardíaca óptima no sólo es la frecuencia que ofrece el máximo rendimiento mecánico de una tira muscular aislada, sino que depende, también, de un tiempo suficiente para el llenado diastólico. No es posible asignar valores exactos a la frecuencia cardíaca humana que se necesita para reducir, en lugar de aumentar, el gasto cardíaco a fin de mantenerlo constante. El corazón humano puede tolerar frecuencias de estimulación auricular de hasta 150 por minuto, pero no más altas porque aparece un bloqueo auriculoventricular. En cambio, durante el ejercicio, los índices de función del ventrículo izquierdo siguen aumentando hasta una frecuencia cardíaca máxima próxima a los 170 latidos por minuto, presumiblemente por la mayor contractilidad y la vasodilatación periférica. La frecuencia cardíaca crítica para los pacientes con hipertrofia grave del ventrículo izquierdo oscila entre 100 y 130 latidos por minuto; la función ventricular izquierda cae conforme se eleva la frecuencia.

Consumo miocárdico de oxígeno

DETERMINANTES DE LA DEMANDA MIOCÁRDICA DE OXÍGENO

La demanda miocárdica de oxígeno se puede acentuar con la frecuencia cardíaca, la precarga o la poscarga, factores todos ellos que precipitan una isquemia miocárdica entre las personas con enfermedad coronaria. El consumo de O2 aumenta con el incremento de la contractilidad, como sucede durante la estimulación adrenérgica beta. Como el consumo miocárdico de O2 refleja, en última instancia, la tasa metabólica mitocondrial y la tasa de producción de ATP, todo aumento de los requerimientos de ATP se traduce en un mayor consumo de O2. En general, los factores que aumentan la tensión parietal también elevan el consumo de O2. El aumento de la poscarga determina una mayor tensión parietal sistólica, que precisa un mayor consumo de oxígeno. El incremento de la tensión parietal diastólica, debido a un aumento de la precarga, exige también más oxígeno, puesto que hay que expulsar más volumen latido contra esa poscarga. En los estados de hipercontractilidad aumenta la tasa de cambio de la tensión parietal. Por eso, si se analiza el problema del consumo miocárdico de O2 en términos de la tensión parietal, se obtiene una idea amplia. Como la presión arterial sistólica es un determinante esencial de la poscarga, un índice práctico del consumo de oxígeno es el doble producto, es decir, la presión arterial sistólica multiplicada por la frecuencia cardíaca. Además, puede haber un componente metabólico del consumo de oxígeno, casi siempre pequeño, pero en ocasiones muy llamativo, como el “desperdicio de oxígeno” que se observa cuando circulan valores muy altos de ácidos grasos libres. El concepto de las tensión parietal, en relación con el consumo de oxígeno, explica asimismo por qué el tamaño del corazón determina el consumo miocárdico de O2 en un grado tan importante (cuanto más aumenta el radio, más tensión parietal se genera).

TRABAJO CARDÍACO

El trabajo externo se realiza, por ejemplo, al levantar una masa a cierta distancia. Para el corazón, el gasto cardíaco es la masa desplazada y la presión arterial, la resistencia que se ejerce contra su movimiento. Como el trabajo volumétrico requiere menos oxígeno que el barométrico, cabría suponer que el trabajo externo no representa un determinante esencial del consumo miocárdico de oxígeno. Sin embargo, hay tres determinantes del consumo miocárdico de oxígeno: la precarga (porque ayuda a establecer el volumen latido), la poscarga (determinada, en parte, por la presión arterial) y la frecuencia cardíaca, como se desprende de la fórmula siguiente:
Trabajo por minuto = PAS x VL x frecuencia cardíaca
Donde PAS = presión arterial sistólica y VL = volumen latido. En consecuencia, no debe sorprender que el trabajo cardíaco se relacione con el consumo de oxígeno. El índice presión-trabajo toma en consideración el doble producto (PASxFC) y el producto FCxvolumen latido, es decir, el gasto cardíaco. El área presión-volumen es otro índice del consumo miocárdico de oxígeno que requiere una monitorización cruenta para su medición exacta. El trabajo cardíaco externo puede justificar hasta el 40% del consumo miocárdico total de oxígeno.

Trabajo interno (energía potencial)
El consumo total de oxígeno se relaciona con le trabajo total del corazón, es decir, tanto el trabajo externo como el triángulo de volumen-presión que une el punto telesistólico de volumen-presión con el origen (área c, d, e; marcada como EP). Aunque esta área haya recibido el nombre de trabajo interno, en rigor debiera conocerse como la energía potencial generada con cada ciclo de contracción pero no transformada en trabajo externo. Esta energía potencial al final de la sístole (punto c) puede estar vinculada con la energía potencial de un muelle comprimido.

Trabajo cinético
En términos rigurosos, el trabajo realizado (producción de potencia) debe tener en cuanta no sólo la presión sino también el componente cinético. Hasta ahora se ha comentado el trabajo de presión (producto del gasto cardíaco por la presión sistólica máxima). El trabajo cinético es el componente requerido para desplazar la sangre contra la poscarga. En condiciones normales, el trabajo cinético representa menos del 1% de la totalidad. El trabajo cinético aumenta bruscamente en la estenosis aórtica, conforme se estrecha el área transversal de la válvula aórtica, mientras que el trabajo de presión se incrementa a medida que se eleva el gradiente aórtico transvalvular. En estos momentos se evalúan mediciones incruentas de la producción de la potencia máxima como índices de la contractilidad cardíaca.

Eficiencia del trabajo
La eficiencia del trabajo es la relación entre el trabajo ejecutado y el consumo miocárdico de oxígeno. El ejercicio aumenta la eficiencia del trabajo externo, mejora que compensa cualquier coste metabólico de la mayor contractilidad. Desde el punto de vista metabólico, la eficiencia aumenta con el uso de la glucosa, en lugar de los ácidos grasos, como principal sustrato energético del miocardio. A la inversa, la insuficiencia cardíaca reduce la eficiencia del trabajo, al privilegiar el metabolismo de los ácidos grasos por la vía adrenérgica beta. No se comprende bien del todo la base subcelular de los cambios en la eficiencia del trabajo. Dado que una cantidad tan pequeña como el 12%-14% del consumo de oxígeno se puede transformar en trabajo externo, posiblemente el “trabajo interno” se torne más o menos exigente. Los flujos iónicos internos (Na+/K+/Ca2+) responden del 20% al 30% de los requerimientos cardíacos de ATP, por lo que la mayor parte de la ATP se invierte en la interacción entre la actina y la miosina y una cantidad importante de ésta en la generación de calor más que en el trabajo externo. El incremento en la longitud inicial del músculo sensibiliza al aparato contráctil frente al calcio, lo que aumenta, en teoría, la eficiencia de la contracción al disminuir la cantidad requerida del flujo cálcico.

Mediciones de la contractilidad

RELACIÓN FUERZA-VELOCIDAD Y CONTRACTILIDAD MÁXIMA EN MODELOS MUSCULARES

Si el concepto de contractilidad no depende verdaderamente de la carga ni de la frecuencia cardíaca, el miocardio descargado y estimulado con una frecuencia fija debiera ofrecer el valor máximo de contractilidad para cualquier magnitud dada de la corriente citosólica momentánea de calcio. Este valor, la Vmax de la contracción muscular, se define como la velocidad máxima de contracción en situaciones sin carga para el músculo aislado o sin poscarga que impida la eyección cardíaca máxima. La estimulación adrenérgica beta aumenta la Vmax y cuando fracasa el miocardio se invierte el cambio. La Vmax también se denomina V6 (velocidad máxima para una carga nula). El problema de este concepto tan simple es que no se puede medir directamente la Vmax sino extrapolarla a partir de las tasas máximas de fuerza generada por el músculo descargado que se obtienen por la intersección con el eje de velocidad. En otra situación extrema no se produce ningún acortamiento muscular (acortamiento nulo) y toda la energía se invierte en la generación de presión (P0) o de fuerza (f0). Esta situación constituye un paradigma del acortamiento isométrico. Como la velocidad máxima se obtiene para una carga nula, sin que se genere ninguna fuerza externa, habitualmente esta relación se conoce como relación fuerza-velocidad.
El concepto de la Vmax se ha debatido con ardor durante muchos años, debido fundamentalmente a las dificultades técnicas para establecer una situación sin carga real. Se utilizó el músculo papilar del gato para definir una curva hiperbólica de fuerza-velocidad, donde la vmax era relativamente independiente de la longitud inicial del músculo, pero aumentaba al añadir noradrenalina. Otra preparación empleada para examinar las relaciones entre la fuerza y la velocidad se basa en miocardiocitos únicos, aislados mediante la digestión enzimática del miocardio de rata y permeabilizados después con una toxina estafilocócica. De nuevo, la relación entre fuerza y velocidad resulta hiperbólica, es decir, apunta la existencia de elementos elásticos pasivos intracelulares que contribuyen a la carga del miocito aislado. De hecho, la naturaleza más hiperbólica y curvilínea de la relación fuerza-velocidad de los miocitos aislados, con relación al músculo papilar, indica que las fuerzas pasivas internas, como las generadas por la titina, son mayores de las esperadas en los miocitos aislados. Los componentes no contráctiles del corazón intacto contribuyen bastante poco al comportamiento mecánico general, al menos en condiciones fisiológicas. Los datos del músculo papilar y de las sarcómeras hacen pensar en que, en condiciones sin carga, la contractilidad intrínseca, medida por la Vmax, no cambia con la longitud inicial de la fibra o de la sarcómera.

MECANISMOS DE LOS EFECTOS ADRENÉRGICOS BETA SOBRE LA RELACIÓN FUERZA-VELOCIDAD

Los datos acerca de los músculos papilares que revelan cómo la noradrenalina aumenta la Vmax se podrían explicar por un efecto de estimulación adrenérgica beta que refuerza la entrada de iones calcio, por un efecto directo sobre las proteínas contráctiles, o por ambas a la vez. Se demostró que la isoprenalina (estimulante beta) o la PKA (mensajero intracelular) aumentaban la Vmax en un 40%, simultáneamente a la fosforilación de la troponina I y de la proteína C en una preparación de miocitos ventriculares aislados. La estimulación adrenérgica beta media en el componente principal de su efecto inotropo aumentando las corrientes momentáneas de calcio en el citosol y los factores que las controlan, como la velocidad de entrada de los iones calcio a través de los canales L sarcolémicos, la velocidad de captación del calcio pro el retículo sarcoplásmico bajo la influencia del fosfolamban y la velocidad de liberación del calcio a partir del receptor rianodínico en respuesta a la entrada de calcio asociada a la despolarización.

CONTRACCIÓN ISOMÉTRICA FRENTE A ISOTÓNICA

Hay varios tipos diferentes de contracción muscular. Así, los datos sobre P0 se obtienen en condiciones isométricas (donde no cambia la longitud). Si se permite el acortamiento muscular contra una carga constante, el estado se denomina isotónico. Así pues, la curva fuerza-velocidad puede constituir una combinación de condiciones isométricas iniciales seguidas de la contracción isotónica y posteriormente de una descarga repentina y total para medir Vmax. Aunque las condiciones isométricas puedan darse de forma aproximada en todo el corazón durante la contracción isovolumétrica, las condiciones isotónicas jamás prevalecen porque la carga está constantemente cambiando durante el período expulsivo y resulta imposible la descarga total. Por eso, la aplicación de las relaciones entre fuerza y velocidad al corazón vivo resulta limitada.


CURVAS PRESIÓN-VOLUMEN

En consecuencia, uno de los métodos actuales más idóneos para evaluar el comportamiento contráctil del corazón intacto se basa en medir las curvas presión-volumen. Las mayores críticas se suscitan al suponer que Es, es necesariamente lineal (puede ser curvilíneo) o cuando se emplea Es como índice de la contractilidad “absoluta”. Por otro lado, en la práctica clínica, la necesidad de modificar las condiciones de carga y de monitorización invasiva, imprescindible para obtener el asa completa, merman la utilidad de este índice. Medir el volumen ventricular izquierdo de manera adecuada y continua durante el ciclo cardíaco no resulta fácil. Durante una intervención inotropa positiva, la curva presión-volumen refleja un volumen telesistólico menor y una presión telesistólica mayor, por lo que la pendiente de la relación presión-volumen (Es) se desplaza hacia arriba y hacia la izquierda. Cuando esta intervención inotropa positiva responde a una estimulación adrenérgica beta, la mayor relajación (efecto lusitropo) determina una curva más baja de presión-volumen durante el llenado ventricular, en relación con la curva testigo.

CONTRACTILIDAD

Defectos conceptuales
Pese a todos los procedimientos señalados que se adoptan para medir la contractilidad verdadera, este concepto adolece, al menos, de dos defectos graves: 1) la ausencia de un índice potencial que pueda medirse in situ y que esté exento de críticas importantes y, en concreto, la ausencia de un índice incruento aceptable y 2) la imposibilidad de separar los mecanismos celulares por los que cambia la contractilidad de los de la carga o frecuencia cardíaca. Por eso, el aumento de la frecuencia cardíaca a través de un mecanismo de latencia de la bomba de sodio determina una elevación del calcio citosólico que supuestamente explica el fenómeno de la escalera. El aumento de la precarga implica un mayor estiramiento de la fibra que, a su vez, determina una activación longitudinal, explicable por la sensibilización de las proteínas contráctiles a la concentración citosólica prevalente del calcio. El aumento de la poscarga puede incrementar el calcio citosólico a través de los canales sensibles al estiramiento. Así pues, existe un solapamiento claro entre la contractilidad, que debería ser independiente de la carga y de la frecuencia cardíaca, y los efectos de la carga y de la frecuencia cardíaca sobre los mecanismos celulares. En resumen, la separación tradicional entre el estado inotropo y los efectos de la carga o de la frecuencia cardíaca como dos reguladores independientes de la función miocárdica ya no resulta tan simple desde que se han descubierto los mecanismos celulares subyacentes. Un ejemplo de este dilema se da en la fibrilación auricular humana, donde la relación fuerza-frecuencia varía constantemente. La contractilidad, medida in situ por las curvas presión-volumen, cambia constantemente de un latido a otro y la explicación podría residir en un cambio “verdadero” de la contractilidad o en el funcionamiento del mecanismo de Frank-Starling debido a la variación en los tiempos de llenado diastólico.

Este concepto es esencial y la búsqueda prosigue
Con independencia de los fallos conceptuales y los problemas para medirla, la contractilidad sigue siendo un concepto cardíaco esencial, que separa los efectos de la variación primaria del estado de carga de la frecuencia cardíaca frente al cambio intrínseco en la fuerza de contracción. Se podría establecer, a modo de analogía, que la velocidad de un camión depende no sólo de los factores “de carga” externos, como el peso de las mercancías transportadas en el contenedor y la pendiente de la carretera, sino también de los factores “internos”, como la potencia del motor y la marcha utilizada. De aquí que prosiga la búsqueda del índice perfecto de contractilidad. En estos momentos se evalúa la técnica del Doppler tisular, que aporta índices como la velocidad de aceleración miocárdica durante la fase de contracción isovolumétrica.


Relajación ventricular y disfunción diastólica

La disfunción diastólica y la insuficiencia cardíaca se exponen con frecuencia, pese a su controversia. Entre los numerosos elementos fisiológicos y patológicos complejos que modifican la relajación destacan cuatro. En primer lugar, el valor citosólico del calcio debe disminuir para que ocurra la fase de relajación, proceso que requiere de ATP y la fosforilación del fosfolamban para que el calcio sea captado por el retículo sarcoplásmico. En segundo lugar, las propiedades viscoelasticas intrínsecas del miocardio revisten importancia. La relajación del corazón hipertrofiado, con mayor fibrosis, ocurre más lentamente. En concreto, en las primeras etapas de la hipertrofia cardíaca de la hipertensión y de la estenosis aórtica surge una situación en la que la función sistólica sed mantiene relativamente conservada pero se altera la relajación diastólica. La explicación más probable es que la hipertrofia se acompaña de una fibrosis progresiva. En tercer lugar, la mayor fosforilación de la troponina I incrementa la velocidad de relajación. En cuarto lugar, la relajación depende de la carga sistólica. Por eso, el proceso de la contracción influye en la relajación de los puentes transversales. Dentro de ciertos límites, cuanto mayor es la carga sistólica, más rápida resulta la velocidad de relajación.
Hay una relación compleja que, quizá, puede simplificarse como sigue. Cuando la carga de trabajo es alta, el calcio citosólico máximo también se encuentra aumentado. Por eso, la velocidad de caída del calcio también resulta mayor si los mecanismos de captación diastólica operan con eficacia. De este modo, se puede relacionar la carga de presión sistólica con la velocidad de relajación diastólica. Es más, la mayor longitud del músculo (cuando la carga de trabajo aumenta) al final de la sístole debiera aumentar la velocidad de relajación por un mecanismo opuesto a la sensibilización dependiente de la longitud. Cuando la poscarga excede de un determinado límite, se demora la relajación y ocurre una disfunción diastólica. Por eso, la relajación se va tornando cada vez más dependiente de la poscarga en la insuficiencia cardíaca congestiva, secundaria a un exceso de carga sistólica, y la reducción terapéutica de la carga sistólica mejora, en principio, la relajación del ventrículo izquierdo.

ANOMALÍAS DE LA RELAJACIÓN Y CALCIO CITOSÓLICO

Aquí se utiliza la definición clínica de diástole, según la cual ésta se extiende desde el cierre de la válvula aórtica hasta el comienzo del primer tono cardíaco. La primera fase de la diástole es la fase isovolumétrica que, por definición, no contribuye al llenado ventricular. La segunda fase de llenado rápido proporciona casi todo el llenado ventricular. La tercera fase de llenado lento o diástasis sólo responde del 5% del llenado total. La fase final del impulso auricular explica el 15% residual.
La relajación isovolumétrica depende de la energía y el retículo sarcoplásmico necesita ATP para captar los iones calcio en un proceso activo y no pasivo. La anomalía de la relajación ocurre en las primeras fases de la angina de pecho. Como explicación metabólica se ha propuesto un defecto en la generación de energía, que disminuye el aporte de ATP necesario para la captación diastólica inicial del calcio por el retículo sarcoplásmico. El resultado es que el valor citosólico del calcio, que alcanza el máximo en la sístole, retorna con demora a la normalidad en el período protodiastólico. Hay otras situaciones, en las que se observa una relación entre la velocidad de descenso diastólico de la corriente momentánea y la relajación diastólica, que se asocian con una disfunción del retículo sarcoplásmico. Cuando el hipotiroidismo prolonga la relajación, también se posterga el retorno del calcio sistólico elevado, mientras que en el hipotiroidismo se dan cambios opuestos. La relajación diastólica también se aplaza y se torna irregular en la insuficiencia cardíaca congestiva, al igual que la velocidad con que desciende el calcio citosólico elevado. La mayoría de los pacientes con enfermedad coronaria manifiesta una serie de anomalías del llenado diastólico, probablemente relacionadas con las descritas asimismo en la angina de pecho. En teoría, estas anomalías de la relajación resultan potencialmente reversibles, porque dependen de cambios en los patrones de desplazamiento de los iones calcio.

¿SE PRODUCE SUCCIÓN VENTRICULAR DURANTE EL LLENADO PRECOZ?

Sigue habiendo controversia acerca de sí la succión del ventrículo izquierdo con la relajación activa podría aumentar el gradiente de presión entre la aurícula y el ventrículo izquierdos durante la fase de llenado precoz; hay datos que lo respaldan. El efecto de succión ventricular izquierda se descubre comparando cuidadosamente las presiones en el ventrículo y en la aurícula izquierdos; se da sobre todo en la fase diastólica precoz del llenado rápido. Este efecto aspirativo podría revestir gran importancia en la estenosis mitral, pues la válvula mitral no se abre como debiera en respuesta a la succión diastólica. La velocidad de relajación durante la estimulación catecolamínica puede aumentar reforzando este efecto de succión y prolongando el período de llenado. El mecanismo actualmente propuesto para explicar la succión es el siguiente. Al comienzo de la diástole, la miosina es atraída hacia el espacio entre dos segmentos de anclaje de la titina y la presión ventricular disminuye por debajo de la aurícula.

FUNCIÓN AURICULAR

La aurícula izquierda, aparte de su función, ayuda a completar el llenado del ventrículo izquierdo mediante la contracción presistólica y la función impulsora de la aurícula. La curva presión-volumen auricular difiere mucho de la ventricular. La aurícula tiene dos partes; su aspecto general se parece al guarismo 8. La primera fase de aumento de volumen (asa v) refleja el llenado auricular y el vaciamiento pasivo y se sigue del trabajo auricular (asa a) ejecutado durante la contracción presistólica de la aurícula. Durante la estimulación auricular aumenta la precarga y las aurículas se distienden, por lo que el componente volumétrico del asa es pequeño, mientras que el componente de contracción aumenta mucho.
La aurícula cumple otras dos funciones. En primer lugar, es el sensor volumétrico del corazón que libera el péptido natriurético auricular en respuesta al estiramiento intermitente y a otros estímulos, como la angiotensina II y la endotelina. En segundo lugar, la aurícula contiene receptores para las ramas aferentes de diversos reflejos, incluídos los mecanorreceptores que aumentan la frecuencia de descarga sinusal y contribuyen, con ello, a la taquicardia del ejercicio por la elevación del retorno venoso (reflejo de Bainbridge). Las aurículas poseen una serie de diferencias estructurales y funcionales frente a los ventrículos: los miocitos son más pequeños y la duración del potencial de acción es menor, aparte de contar con más miosina fetal (tanto cadenas pesadas como ligeras). Ase cree que la repolarización auricular más rápida obedece a las mayores corrientes de salida del potasio, por ejemplo Ito e Ikach. En general, estas variaciones histológicas y fisiológicas guardan relación con la menor necesidad de las aurículas para generar altas presiones en su interior más que con la sensibilidad a los cambios volumétricos, así como con la conservación de suficiente poder contráctil para ayudar al llenado del ventrículo izquierdo y responder a los estímulos inotropos.

MEDICIÓN DE LA RELAJACIÓN ISOVOLUMÉTRICA

La velocidad de relajación isovolumétrica se mide de forma óptima con el dP/dtmax negativo derivado del cateterismo cruento. Tau, la constante temporal de relajación, describe la velocidad de caída de la presión ventricular izquierda durante la relajación isovolumétrica y exige también técnicas cruentas para su determinación precisa. Tau aumenta cuando se eleva la presión sistólica del ventrículo izquierdo. Los demás índices de relajación isovolumétrica se pueden obtener de la ecocardiografía o de las mediciones tisulares Doppler que registran la tasa máxima de adelgazamiento parietal.

LA DISFUNCIÓN DIASTÓLICA Y LAS PROPIEDADES MECÁNICAS DEL MIOCARDIO

Las anomalías de la diástole son frecuentes en los corazones hipertóficos, como los de la hipertensión crónica o la estenosis aórtica grave, y pueden preceder a la insuficiencia sistólica. Sin embargo, la existencia de la disfunción y la insuficiencia cardíaca diastólica “pura” se cuestiona en los estudios con Doppler que muestran anomalías sistólicas sutiles pero claras. Desde el punto de vista experimental, hay varios defectos en la hipertrofia hipertensiva precoz, por ejemplo, una menor tasa de contracción y relajación y una menor generación de la fuerza máxima. No está claro el mecanismo de la disfunción diastólica, que se atribuye a la fibrosis que acompaña a la hipertrofia ventricular o, de manera indirecta, a una aurícula izquierda rígida. Las anomalías de la relajación se asocian con un incremento de la fase tardía (auricular) de llenado, por lo que la relación E/A del patrón de Doppler mitral descienden.

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